Materiales

Los materiales poliméricos de fibra reforzada se clasifican como compuestos con dos o más fases diferenciadas. Normalmente están constituidos por dos fases: Una matriz de resina polimérica y fibras continuas de carbono reforzado: La fase fibras forma la columna vertebral del material y determina su dureza y resistencia en la dirección de estas. La fase matriz proporciona protección contra abrasión e impactos, soportados por las fibras gracias a la transmisión de esfuerzos de una fibra a otra.

Las cadenas de fibras se entrelazan formando una estructura plana de tejido en una o más capas de fibras. Estas capas se mantienen unidas mediante uniones mecánicas entre las mismas fibras o con un material secundario para ligar-las manteniéndolas juntas y fijadas en su sitio. De esta manera se consigue dar consistencia a la fase fibra para poderla procesar industrialmente.

Estos tipos de tejidos se clasifican según la orientación de las fibras en la matriz y según los diferentes tipos de conformación usados para fijar las fibras entre ellas. Las principales categorías según las orientaciones de fibra son: Unidireccionales, bidireccionales y multi axiales.

Tejido unidireccional (UD)

En este tejido la mayoría de las fibras corren en una sola dirección y permiten que la estructura del material compuesto sea diseñada para que la orientación de las fibras transforme las cargas mayores en esfuerzos de tensión a las fibras. En consecuencia, las fibras UD son lisas y sin imperfecciones debido que no hay entrelazado de fibras. Así se consiguen las máximas prestaciones únicamente en la dirección de las fibras. Este tejido se utiliza frecuentemente como refuerzo en laminados alineados con la trayectoria de la carga.

Tejidos entrelazados (Bidireccionals)

Se utilizan cuando la aplicación de la carga es compleja y se requieren por tanto más de una orientación en las fibras. Los tejidos entrelazados son fruto de la intersección de fibras verticales (0º) y horizontales (90º) en un patrón regular o estilo entrelazado. La integridad del tejido se mantiene gracias a la fijación mecánica de las fibras. Existen diferentes estilos de tejidos entrelazados pero uno de los más frecuentes es el denominado “Twill” que presenta una disposición de fibras en direcciones perpendiculares entrecruzadas de forma escalonada de dos en dos de forma rectangular. Esto proporciona una ordenación lisa de las fibras con menos ondulaciones, produciendo así un tejido libre de irregularidades con prestaciones mecánicas ligeramente mayor que en un entrelazado plano. El efecto visual de una diagonal continua o cortada “rib” es también bastante popular. Los tejidos entrelazados bidireccionales consiguen propiedades similares en las direcciones vertical y horizontal pero no de forma realmente isotrópica ya que las propiedades disminuyen cuando se miden entre los ángulos de 0 a 90 grados.


Layout de un tejido bidireccional tipo Twill

Teixit Multi axial

Los tejidos multi axiales se utilizan para reducir el tiempo de construcción de laminados gruesos. En este tipo de laminados se pueden utilizar tejidos más gruesos reduciendo de esta forma el número de capas que se requieren en una secuencia de laminado corriente. Estos tejidos se constituyen por una o más capas de fibras largas fijadas por una red secundaria no estructural. Las fibras principales pueden ser cualquier de las fibras estructurales disponibles en cualquier combinación. El proceso de tejido permite variedad de orientaciones de fibras, a parte del tejido entrelazado 0/90º, el triaxial es el más común ya que es combinado en un tejido. Los multi axiales ofrecen mejores propiedades mecánicas que los entrelazados, básicamente por el hecho que son siempre lisos y sin imperfecciones, y hay más orientaciones de fibras disponibles para soportar las cargas. El número de capas de tejido se incrementa per se consigue un comportamiento casi isotrópico del material compuesto.


Teixit Tri axial 0/45º/-45

Característiques mecàniques

Se pueden estudiar a distintos niveles:
  • • Características mecánicas de los constituyentes (fibra, matriz y interfaz)
  • • Características mecánicas de una capa (combinación de fibra i matriz)
  • • Características mecánicas del laminado (sucesión de capas en diferentes orientaciones)
Las características mecánicas de las diferentes capas de compuestos quedan determinadas por la combinación de las propiedades de la fibra de refuerzo, las de la matriz, las de su interfaz y obviamente, por sus proporciones volumétricas. Finalmente las características mecánicas de un apilado de capas (laminado) dependen de la combinación de características mecánicas de las diferentes capas que la componen.

Dada la multitud de combinaciones de diferentes fibras y matrices es difícil generalizar, pero en temas comparativos podemos exponer las siguientes estimaciones de resistencia y rigidez:





Los datos absolutos son de si bastante interesantes, pero donde realmente se pone de manifiesto la diferenciación de los materiales compuestos es al tener en cuenta la densidad y las resistencias y rigideces específicas:





Esta excelente relación resistencia/peso y rigidez/peso hace que sea una muy buena elección para piezas que combinen exigencia mecánica con las necesidades de bajo peso.